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文档简介

科信学院电子技术系统设计〔三级〕工程设计说明书〔2015/2016学年第二学期〕题目:CD4511八路抢答器专业班级:学生姓名:指导教师:设计周数: 2周设计成绩:2016年6月24日1设计目的本课程设计是《电子线路非线性局部》与《数字模拟电路》的实践课程,其主要目的是使学生在熟悉集成电路、半导体器件、门电路原理和集成电路分析与设计根底上,训练综合运用已掌握的知识,利用相关软件〔如protel99se〕,初步熟悉和掌握集成电路芯片。2设计原理电路原理介绍八路数字抢答器电路包括抢答,编码,优先,锁存,数显,复位及抢答键。抢答器数字优先编码电路由D1-D12组成,实现数字的编码。CD4511是一块含BCD-7段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路。抢答器报警电路由NE555接成音多谐振荡器构成。抢答器数码显示电路由数码管组成,输入的BCD码自动地由CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。系统的主要功能简介4511型八路数显抢答器的主要功能有如下三点:1.有9个按钮,其相应的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8、9,1到8按钮是抢答按钮。2.9号按钮用来控制系统的清零和抢答的开始。3.抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,假设按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示所按的编号。2.1单元电路设计2.1.1CD4511的工作原理CD4511是一个用于驱动共阴极LED〔数码管〕显示器的BCD码—七段码译码器,特点:具有消隐和锁存控制、BCD—七段译码及驱动功能的CMOS电路,能提供较大的拉电流,可直接驱动LED显示器。CD4511的引脚图,如图1,逻辑符号如图2图1图2功能如下:a.ABCD为8421BCD码输入端,高电平下有效;b.a、b、c、d、e、f、g:为译码输出端,输出为高电平1有效,可驱动共阴LED数码管。c.〔3脚〕:测试输入端。该端拥有最高级别权限,与其余所有输入端状态无关,只要=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。这一功能主要用于测试目的,因此正常使用中应接高电平。d.〔4脚〕:消隐输入控制端。当=1,=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭〔消隐〕状态,不显示任何数字。e.LE〔5脚〕:锁定控制端。当=1,=1时,假设该端LE=1,那么加在A、B、C、D端的外部编码信息不再进入译码,所以CD4511的输出状态保持不变;当LE=0时,那么A、B、C、D端的BCD码一经改变,译码器就立即输出新的译码值。ND4511真值表如下列图3:图3锁存优先功能CD4511内部电路与Q1,R7,R8,D13,D14组成的控制电路〔见图4,图5〕可完成锁存优先电路的功能,当第一个抢答信号到达时,锁存住第一个抢答信号,显示相应数码并拒绝后面抢答信号的输入干扰。图4 图5通过对0-8这9个数字的分析〔图5〕可以看到,A.只当数字为0时,才出现d为高电平,而g为低度电平,因此选择g作为锁存信号,经D13加到CD4511的LE端,这时Q1导通,D13、D14的阳极均为低电平,使LE为低电平“0”,这种状态下,CD4511没有锁存而允许BCD码输入。在抢答准备阶段,主持人会按复位键,数显为“0”态;B.正是这种情况下,抢答开始,当S1-S8任一键按下时,CD4511的输出端根据按下抢答按键的不同a--g输出不同的上下电平,通过g经D13反应LE端可以实现对2、3、4、5、6、8的锁存,但是1和7由于此时g为低电平,无法锁存,因此在选取b或c作为第二锁存信号;C.在利用b或c作为第二锁存信号后,显示0是也将锁存,真是不允许的,经过对上表的分析,选取显示1、7为低电平,而显示0为高电平的d或e、f作为第二锁存信号的控制信号,b接Q1的集电极,d接Q1的基极。当显示1、7时,b为高电平,d为低电平,Q1截止,d经D14送LE锁存;当显示0时b、d均为高电平,Q1饱和导通,D14的阳极为低电平,无法锁存。2.1.2数码显示电路共阴式LED数码管的原理图〔图6〕,使用时,共阴极接地,7个阳极a--g由相应的BCD七段译码器来驱动。数码管字段码如图7图7 图6当传入的字段码是1是,对应的管子亮2.1.3报警电路图8报警电路原理图如图8,抢答器报警电路由NE555接成多谐振荡器,扬声器通过C3在NE555的3脚与地之间。R16=R17=10K,C1=103,R16通过四只1N4148组成二极管接CD4511的1,2,6,7脚,用来输入BCD码,任何抢答按键按下,报警电路都能振荡发出声音。NE555的振荡器的工作原理图如图9A.接通电源Vcc后Uc=0V,这个时候,U6<VCC2/3,U2<VCC1/3,NE555内根本RS触发器被置1,输出U0为高电平,电路处于第一暂稳态,Vcc经电阻R1和R2对电容C充电,其电压Uc由0增大;图9B.当UC>=VCC2/3时,U6>VCC2/3,UTR>VCC1/3,NE555内根本RS触发器被置0,输出U0变为低电平,电路进入第二暂稳态,于此同时,管脚3处的放电管V导通,电容C经电阻R2和V放电。图9C.随着电容C的放电UC随之下降。当UC<=VCC1/3时,那么U6<VCC2/3,U2<=VCC1/3,根本RS触发器被置为1,输出U0由低电平跃到高电平。同时放电管V截止,电源Vcc又经过R1和R2对电容C充电。电路又回到第一暂稳态。因此,电容C上的电压UC在Vcc2/3和Vcc1/3之间来回充电和放电,从而使电路产生振荡,输出脉冲。2.2抢答器工作原理图10图102.2.1抢答器的工作原理图如图10,PCB板图如图11图11图112.2.2抢答器工作原理(1)抢答器讯响电路由NE555接成音多谐振荡器,四只二极管的阳极分别接CD4511的1,2,6,7脚,任何抢答按键按下,讯响电路都能振荡发出讯响声。(2)S1-S8组成1-8路抢答键,D1-D12组成数字编码器,任一抢答键按下,都须通过编码二极管编成BCD码,将高电平加到CD4511所对应的输入端,从CD4511的引脚可以看出,引脚6,2,1,7分别为BCD码的D,C,B,A位〔D,C,B,A分别代表BCD码8,4,2,1位〕。如设S5键按下,此时高电平通过两只二极管D6,D7加到CD4511的2脚与7脚,而6,1脚保持低电平。此时CD4511输入的BCD码是“0101”依此类推,按下第几号抢管键,输入的BCD码就是键的号码并自动地由CD4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。(3)由于抢答器要满足多位抢答者抢答要求,所有有一个锁存优先电路,确保第一个抢答信号锁存住,同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。CD4511内部电路与Q1,R7,R8,D13,D14组成的控制电路可完成这一功能,当抢答键都未按下时,因为CD4511的BCD码输入端都有接地电阻〔10K〕,所以BCD码的输入端为“0000”。那么CD4511的输出端a,b,c,d,e,f均为高电平,g为低电平。当S1按下,数码管应显示1,此时仅e,f为高电平,而d为低电平。此时三极管Q1的基极亦为低电平,集电极为高电平。经D13加至CD4511第5脚,即LE由0-1状态。那么在LE为”0”时输入给CD4511的第一个BCD码数据,被判定优先而锁存,所以数码管显示对应S1送来的信号是1,S1之后的任一按键信号都不显示其他按键以此类推。需要进行下一题的抢答,那么按下复位键S9,去除锁存器内的数值,数显先是熄灭一下,再复”0”显状态,此后假设S5键第一个按下,这时应立即显”5”。与此同时CD4511的输出端14脚g为高电平(10脚d为高电平,12脚b为低电平,Q1截止),并通过D14使CD4511的第4脚为高电平。此时LE呈“0”—“1”状态,于是电路判定优先锁存。后边进来的其它按键信号被封住,任何抢答键均失去作用。3总结通过这次课程设计知道了理论与实际的差异,在理论上可以运行的东西到实际时要考虑的东西有很多,电路焊接要认真,元器件排列尽量整齐,杜绝虚焊,电路焊接时要注意用电平安,电烙铁通电时间长,发热大,要注意放置位置,不要被烫到身体。通过这次课程设计,不仅对于电子线路技术及数字模拟电路有了新的认识,对电子电路的专业知识得到了很大的提高,加深了理论与实际之间的联系,同时学习到了书本上没有的知识。并且通过这次设计,我也发现自己的很多缺乏之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面,自己的专业知识掌握的很不牢固,所掌握的电路应用软件还不够多,我希望自己的这些缺乏之处能在今后的工作和学习中得到改善。而且,通过这次设计,我懂得了学习的重要性,学会了坚持和努力,这将为以后的学习做出了最好的典范!我将会在以后的学习和生活中不断提升自己。4参考文献杨

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